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第1章 光机电一体化系统的组成与应用1

1.1 光机电一体化的概念1

1.2 光机电一体化系统的组成与实例1

1.2.1 光机电一体化的组成1

1.2.2 光机电一体化的实例2

1.3 光机电一体化的特点5

1.4 光机电一体化的相关技术5

1.5 光机电一体化的发展趋势6

第2章 传感器与信号处理8

2.1 传感器与检测系统的构成8

2.2 位移传感器9

2.2.1 电位器9

2.2.2 感应同步器9

2.2.3 光栅11

2.2.4 光电编码器12

2.2.5 超声波传感器13

2.2.6 电涡流传感器14

2.2.7 光纤传感器16

2.3 速度传感器19

2.3.1 测速发电机19

2.3.2 光纤多普勒速度计20

2.3.3 霍尔式转速传感器20

2.3.4 电容式转速传感器21

2.3.5 光电式转速传感器22

2.3.6 电涡流式转速传感器22

2.3.7 空间滤波器22

2.4 加速度传感器23

2.4.1 压电式加速度传感器23

2.4.2 倾斜镜式光纤加速计23

2.5 力和力矩传感器24

2.5.1 硅压阻式压力传感器24

2.5.2 力矩传感器24

2.6 视觉传感器25

2.6.1 CCD工作原理25

2.6.2 人工视觉系统27

2.7 色彩传感器27

2.7.1 色彩传感器的工作原理28

2.7.2 双结型色彩传感器的测色电路28

2.8 光电传感器29

2.8.1 光敏电阻30

2.8.2 光电二极管和光电三极管30

2.8.3 红外传感器31

2.9 其他传感器32

2.9.1 温度传感器32

2.9.2 气敏传感器33

2.10 信号处理35

2.10.1开关量接口电路35

2.10.2模拟信号的输入35

第3章 执行装置及其驱动41

3.1 步进电动机及其驱动41

3.1.1 步进电动机工作原理与分类41

3.1.2 步进电动机的性能指标43

3.1.3 步进电动机驱动电源44

3.1.4 步进电动机选型48

3.1.5 直线式步进电动机49

3.2 直流伺服电动机及其驱动50

3.2.1 直流伺服电动机的分类50

3.2.2 直流伺服电动机的机械特性和调节特性51

3.2.3 直流伺服电动机PWM控制原理52

3.2.4 直流伺服电动机驱动用集成电路53

3.2.5 直流伺服电动机选型55

3.3 交流伺服电动机58

3.3.1 交流伺服电动机的发展58

3.3.2 交流伺服电动机调速方法58

3.3.3 SPWM变频调速60

3.3.4 交流伺服电动机的矢量控制64

3.3.5 交流伺服电动机的选型66

3.4 液压执行装置67

3.4.1 液压执行机构67

3.4.2 液压执行机构的驱动70

3.5 气动执行装置70

3.5.1 气动执行机构70

3.5.2 气动执行机构的驱动71

3.6 新型执行装置72

3.6.1 压电执行装置72

3.6.2 热变形执行装置73

3.6.3 形状记忆合金执行装置73

3.7 机械传动机构74

3.7.1 谐波齿轮传动74

3.7.2 同步带传动75

3.7.3 滚珠丝杠传动76

第4章 工业控制计算机78

4.1 工业控制计算机的总线结构78

4.1.1 总线技术78

4.1.2 工业标准总线79

4.2 工业PC机83

4.2.1 工业PC机的特点83

4.2.2 工业控制机及外围接口产品83

4.2.3 嵌入式工业PC——PC/10484

4.3 单片机87

4.3.1 MCS-51单片机组成控制系统88

4.3.2 单片机控制系统信息输入通道设计89

4.3.3 单片机控制系统功率驱动接口设计92

4.3.4 单片机控制系统人机界面设计94

4.3.5 单片机应用系统设计96

4.3.6 单片机应用系统实例97

4.4 可编程逻辑控制器102

4.4.1 PLC的结构102

4.4.2 PLC的工作原理104

4.4.3 PLC控制系统的设计方法和步骤105

4.5 PLC应用实例107

4.6 工业控制计算机的选型110

第5章 光机电一体化系统的软件技术112

5.1 光机电一体化系统的软件工程方法112

5.1.1 软件工程方法112

5.1.2 工控软件设计115

5.1.3 组态软件117

5.1.4 嵌入式操作系统118

5.2 软件抗干扰技术121

5.2.1 软件抗干扰121

5.2.2 数字滤波121

5.2.3 编程举例122

5.3 数字PID算法125

5.3.1 常规数字PID算法126

5.3.2 数字PID的改进算法129

5.3.3 数字PID参数整定135

5.4 模糊控制技术138

5.4.1 引言138

5.4.2 模糊控制系统的组成及基本原理138

5.4.3 模糊化139

5.4.4 非模糊化141

5.4.5 模糊控制规则142

5.5 人工神经网络142

5.5.1 生物神经元的基本结构142

5.5.2 人工神经元的基本结构143

5.5.3 人工神经网络模型144

5.5.4 人工神经网络的学习144

5.5.5 误差反向传播网络及其学习145

5.5.6 人工神经网络的特点和局限性147

5.5.7 人工神经网络应用举例147

第6章 伺服系统设计151

6.1 伺服系统及其构成151

6.2 伺服系统的设计步骤和技术要求151

6.2.1 伺服系统的设计步骤151

6.2.2 伺服系统的主要技术要求152

6.3 开环伺服系统设计153

6.3.1 开环伺服系统的稳态设计153

6.3.2 开环伺服系统的控制系统设计157

6.4 闭环伺服系统设计158

6.4.1 闭环伺服系统的构成158

6.4.2 闭环伺服系统的稳态设计158

6.4.3 连续伺服系统的动态设计162

6.4.4 连续伺服系统的动态设计实例168

6.5 数字伺服系统的设计176

6.5.1 数字伺服系统的结构形式176

6.5.2 数字伺服系统的设计方法177

6.6 数字伺服系统设计实例187

第7章 光机电一体化系统产品应用举例190

7.1 CT扫描机190

7.1.1 简介190

7.1.2 CT成像原理190

7.1.3 CT扫描机的构成191

7.2 可视对讲门铃194

7.2.1 可视对讲门铃功能194

7.2.2 可视对讲门铃的组成195

7.2.3 可视对讲门铃的工作原理195

7.2.4 控制电路的实现197

7.2.5 应用197

7.3 全自动洗衣机198

7.3.1 一般的全自动洗衣机简介198

7.3.2 模糊控制的全自动洗衣机199

7.4 活塞外轮廓测量仪202

7.4.1 系统组成203

7.4.2 系统原理204

7.4.3 系统软件设计205

7.5 智能比色测温计207

7.5.1 智能比色测温计的组成207

7.5.2 智能比色测温计的原理207

7.5.3 智能比色测温计的测温探头208

7.5.4 智能比色测温计程序设计209

7.5.5 其他产品简介210

附录213

附录1 无源校正网络213

附录2 有源校正网络215

附录3 XF和XB系列旋转变压器技术数据218

附录4 CY系列直流永磁式测速发电机218

附录5 ZCF系列直流测速发电机技术数据218

附录6 反应式步进电动机技术性能数据219

附录7 BC系列磁阻式步进电动机数据219

附录8 86BYG步进电动机数据220

附录9 110BYG步进电动机数据220

附录10 57BY步进电动机参数220

附录11 稀土永磁材料的直流力矩电动机221

附录12 SZ系列直流电动机技术数据221

附录13 LY系列直流力矩电动机技术数据223

附录14 交流同步伺服电动机224

附录15 交流同步电动机224

参考文献225